趙寶祥，趙繼剛，楊兆剛

（1.祁縣水利發(fā)展中心，山西 祁縣 030900，；2.祁縣昌源河水利服務(wù)中心，山西 祁縣 030900）

1 子洪水庫概況

子洪水庫壩址位于黃河流域汾河一級支流昌源河中下游的干流出山口處，距祁縣縣城25 km，控制流域面積576 km2。其中：土石山區(qū)472 km2，占流域面積的82%，森林區(qū)104 km2，占流域面積的18%，平均寬10.3 km，干流長56 km，縱坡坡度為13.7‰。本區(qū)屬溫帶大陸性半干旱氣候，多年平均降雨量為516 mm，多年平均徑流量2 870 萬m3。

子洪水庫于1971 年7 月動工興建，1972 年10 月攔洪蓄水，1982 年11 月竣工。水庫設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為100 年一遇洪水設(shè)計(jì)，1 000 年一遇洪水校核。總庫容2 449.5 萬m3，正常蓄水位886 m，汛限水位886 m，是一座以防洪、灌溉、城鄉(xiāng)供水為一體的中型水庫，特征水位、庫容見表1。

表1 子洪水庫特征水位及相應(yīng)庫容表

水庫樞紐建筑物由大壩、輸水洞、泄洪洞三部分組成。大壩為碾壓均質(zhì)土壩，壩頂高程894.3 m，最大壩高44 m，壩頂長502 m，頂寬6 m，兼作防汛搶險(xiǎn)通道。輸水洞位于大壩左岸，為圓形鋼筋混凝土襯砌有壓隧洞，洞徑4 m，全長247 m，進(jìn)口設(shè)3.7 m×4.7 m 的平板檢修鋼閘門，出口設(shè)4 m×4.5 m 的弧形工作鋼閘門，進(jìn)口底高程為856.1 m，出口底高程為852.55 m，最大泄量229 m3/s。泄洪洞位于左岸輸水洞的左側(cè)，為圓形鋼筋混凝土襯砌有壓隧洞，洞徑5.2 m，全長265 m，進(jìn)口設(shè)4.72 m×5.1 m 的平板鋼閘門，出口設(shè)有4.5 m×4.3 m 的弧形工作鋼閘門，進(jìn)口底高程為861.8 m，出口高程為856.6 m，最大泄量為321.6 m3/s。

水庫防洪保護(hù)范圍186 km2，其中包括國家歷史名城祁縣縣城及平遙縣部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)共36 個(gè)村莊，19.8 萬人。水庫自建成以來，共攔蓄大小洪水26 次，并經(jīng)受了歷史上罕見的1977 年7 月6 日特大洪水襲擊，入庫洪峰達(dá)1 832 m3/s，而出庫最大泄量僅為407 m3/s，削峰率達(dá)78%，防洪效益顯著。

2 2021 年秋汛概況

2.1 流域降雨

2021 年9 月之前子洪水庫降雨偏少，9 月后逐漸增多，出現(xiàn)連續(xù)降雨天氣，共出現(xiàn)3 次大降雨過程，累積雨量286.2 mm，詳見表2。

表2 2021 秋汛流域雨情統(tǒng)計(jì)表

第1 次：9 月18 日—19 日，2 d 流域范圍連續(xù)降雨量累計(jì)54.2 mm，其中大雨1 d、小雨1 d。

第2 次：9 月22 日—27 日，6 d 流域范圍連續(xù)降雨量累計(jì)47 mm，其中中雨3 d、小雨3 d。

第3 次：10 月2 日—7 日，6 d 流域范圍連續(xù)降雨量累計(jì)185 mm，其中暴雨2 d、大雨1 d、中雨1 d、小雨1 d。

其中第3 次降雨過程累積雨量最大、強(qiáng)度最大，為同期降雨量的3.6 倍，占近10 年祁縣全年降雨量均值512.29 mm 的36.11%。

2.2 入庫洪水

受強(qiáng)降雨影響，秋汛期間子洪水庫有3 次洪水入庫過程。

第1 次：9 月18 日上午10：00 開始，子洪水庫入庫流量從0.71 m3/s 逐漸增長；9 月19 日上午10：00入庫流量為8.9 m3/s，下午16：50 入庫流量達(dá)到最大13.7 m3/s，24 h 最大洪量103.1 萬m3。

第2 次：9 月22 日下午17：32 開始，子洪水庫入庫流量從4.7 m3/s 逐漸增長；9 月23 日上午8：00 入庫流量為5.51 m3/s，下午18：00 入庫流量為5.8 m3/s；9 月24 日上午8：00 入庫流量為5.22 m3/s，下午23：00 入庫流量為11.8 m3/s；9 月25 日上午8：00 入庫流量為19.8 m3/s，下午20：00 入庫流量為17.4 m3/s；9 月26 日上午8：00 入庫流量達(dá)到最大為24.95 m3/s，下午20：00入庫流量為21.7 m3/s；24 h 最大洪量201.6 萬m3。

第3 次：10 月3 日上午7：00 開始，子洪水庫入庫流量從5.5 m3/s 逐漸增長至17.5 m3/s；10 月4 日23：00點(diǎn)入庫流量達(dá)24.5 m3/s；10 月5 日8：00 入庫流量達(dá)到85 m3/s，最大入庫流量出現(xiàn)在10 月6 日凌晨4：50，流量為418 m3/s，持續(xù)時(shí)間為2 h，之后至10 月8 日18：00，入庫流量呈現(xiàn)逐漸減少趨勢，最終回落至5.5 m3/s。本次洪水過程，水庫累計(jì)入庫5 360.5 萬m3，其中10 月5 日13 時(shí)至6 日13 時(shí)共24 h 入庫洪量達(dá)到2 434.6 萬m3。

2.3 最大入庫洪水頻率分析

本次秋汛降雨特點(diǎn)為降雨強(qiáng)度較小、降雨歷時(shí)長，最大入庫洪水過程全流域匯流造峰較小，但造峰時(shí)間長、匯流量大，因此按24 h 洪量確定洪水頻率比洪峰更符合實(shí)情。子洪水庫各頻率洪峰流量、24 h 洪量數(shù)據(jù)見表3。

表3 子洪水庫各頻率洪峰流量、24 h 洪量數(shù)據(jù)表

本次最大入庫洪水過程洪峰為418 m3/s，最大24 h洪量為2 434.6 萬m3。比較分析可得最大24 h 洪量超過100 年一遇24 h 洪量332.4 萬m3、差200 年一遇洪量94.3 萬m3，插值法理論分析為180 年一遇，接近200 年一遇洪水。

3 水庫調(diào)度運(yùn)行情況

3.1 調(diào)度原則

當(dāng)遇10 年一遇洪水時(shí)（洪峰流量441.8 m3/s），下泄流量控制在100 m3/s 以內(nèi)；當(dāng)遇50 年一遇洪水時(shí)（洪峰流量1 175.5 m3/s、一日洪量1 688.4 萬m3），下泄流量控制在以300 m3/s 以內(nèi)；當(dāng)遇100 年一遇洪水時(shí)的最高洪水位為891.0 m（洪峰流量1 548 m3/s、一日洪量2 102.2 萬m3），相應(yīng)起調(diào)水位為886.0 m，下泄流量控制在500 m3/s 以內(nèi)；當(dāng)遇1 000 年一遇洪水時(shí)的最高洪水位為892.5 m（洪峰流量2 938.1 m3/s、一日洪量3 550.8 萬m3），結(jié)合水情預(yù)報(bào)及水庫入庫流量情況，提前泄至879.5 m 時(shí)開始起調(diào)，雙洞敞泄。

3.2 水情預(yù)報(bào)調(diào)度方案

3.2.1 水情預(yù)報(bào)方法

水庫壩址上游流域呈窄長形，地形氣候情況都比較復(fù)雜，預(yù)報(bào)的影響因素較多，在汛期水文預(yù)報(bào)應(yīng)特別加強(qiáng)24 h 以內(nèi)的短期預(yù)報(bào)，以指導(dǎo)水庫運(yùn)行。可根據(jù)暴雨的中心點(diǎn)和傳播時(shí)間不同，進(jìn)行預(yù)報(bào)作業(yè)，預(yù)報(bào)采用頻率降雨～頻率洪峰/洪量方法。

水庫上游6 km 處建有盤陀水文站1 座，于1954 年建站，盤陀以上控制流域面積533 km2，已簽訂資源共享協(xié)議，可及時(shí)獲得上游洪水信息，同時(shí)與縣氣象局保持聯(lián)絡(luò)，以便及時(shí)獲得氣象預(yù)報(bào)信息。

在預(yù)報(bào)作業(yè)中注意運(yùn)用天氣預(yù)報(bào)成果，充分利用現(xiàn)有降雨～入庫流量統(tǒng)計(jì)資料，提高預(yù)報(bào)質(zhì)量。

3.2.2 流域各時(shí)段不同頻率降雨量

根據(jù)盤陀水文站1954—2021 年降雨系列資料分析水庫P=2%、P=1%、P=0.1%頻率下不同時(shí)段的降雨量，結(jié)果見表4。

表4 盤陀水文各時(shí)段不同頻率降雨量統(tǒng)計(jì)表 單位：mm

3.2.3 降雨量與入庫洪水關(guān)系

根據(jù)降雨資料與水庫入庫洪水資料確定各頻率6 h、24 h 降雨量與相應(yīng)入庫洪峰、24 h 洪量關(guān)系，見表5。

表5 不同頻率降雨量、入庫洪峰、洪量關(guān)系表

3.3 天氣預(yù)警

繼2021 年9 月18、19 日祁縣氣象臺連續(xù)2 天發(fā)布暴雨藍(lán)色預(yù)警后，祁縣18 日實(shí)際降雨量接近暴雨標(biāo)準(zhǔn)；根據(jù)2021 年9 月26 日天氣預(yù)報(bào)，預(yù)計(jì)未來15天內(nèi)，可能有連續(xù)暴雨。

10 月3 日15：25 祁縣氣象臺發(fā)布暴雨藍(lán)色預(yù)警，預(yù)計(jì)未來區(qū)域內(nèi)部分地區(qū)降雨量將達(dá)50 mm。

10 月4 日14：27 祁縣氣象臺繼續(xù)發(fā)布暴雨藍(lán)色預(yù)警，預(yù)計(jì)未來區(qū)域內(nèi)部分地區(qū)降雨量將達(dá)50 mm。

10 月5 日13：15 祁縣氣象臺繼續(xù)發(fā)布暴雨藍(lán)色預(yù)警，預(yù)計(jì)未來區(qū)域內(nèi)部分地區(qū)降雨量將達(dá)50 mm。

3.4 最大場次洪水調(diào)度過程

管理單位根據(jù)氣象預(yù)測，于9 月27 日下午15：00依指令開閘預(yù)泄，騰出庫容迎接本輪強(qiáng)降雨，泄水流量為10 m3/s，到10 月3 日10：00，庫水位降落至885.30 m，低于汛限水位（886 m）0.7 m。當(dāng)日水庫入庫流量逐漸增大，根據(jù)調(diào)度原則及預(yù)報(bào)水情，于10 月3 日18：15 下泄流量逐漸增大至22 m3/s。

10 月5 日凌晨1：00，庫水位達(dá)到汛限水位886 m。早7：00，水庫依指令將下泄量增大至30 m3/s，但庫水位以每10 min 上升6 cm 的速度快速上漲，防汛形勢嚴(yán)峻，8：30 加大泄洪至50 m3/s，11：00 加大泄洪至80 m3/s。11：25 開始，根據(jù)水庫水位與蓄水情況，根據(jù)調(diào)度原則及預(yù)報(bào)水情逐步加大泄水流量。14：00 加大泄水流量至210 m3/s，23：00 加大泄水流量至220 m3/s。10 月6 日0：00 泄量調(diào)至200 m3/s，水位每5 min 上漲2 cm。

最高庫水位出現(xiàn)于10 月6 日6：50，為891.42 m，超汛限水位5.42 m（汛限水位886 m），超設(shè)計(jì)洪水位0.42 m（設(shè)計(jì)洪水位為891 m），距壩頂2.88 m（壩頂高程894.3 m）。后水庫泄水流量采用控制下泄，根據(jù)上游來水逐步減小泄量，直至水庫水位緩慢回落至正常蓄水位。本次調(diào)度過程最大下泄流量為350 m3/s，未超下游河道設(shè)計(jì)流量，各時(shí)段水庫進(jìn)、出庫流量過程線見圖1。

圖1 實(shí)際調(diào)度進(jìn)出庫流量過程線

3.5 優(yōu)化調(diào)度探究

祁縣2021 年秋汛調(diào)度雖下泄流量最大為350 m3/s，控制在100 年一遇洪水時(shí)相應(yīng)下泄流量控制在500 m3/s以內(nèi)，但下游昌源河出現(xiàn)不同程度的水毀情況，河道沿線的部分堤防被沖毀；水庫下游城鄉(xiāng)供水部分主管網(wǎng)被沖毀；尤其是南同蒲鐵路昌源河大橋邊墩護(hù)坡被沖毀，上下行線路中斷。

本次最大洪水過程洪峰418 m3/s、接近10 年一遇標(biāo)準(zhǔn)，24 h 洪量為2 434.6 萬m3，接近200 年一遇。按典型比擬所得洪水過程線進(jìn)行調(diào)度，本次水庫最大泄量為350 m3/s、削峰率僅為28.2%，遠(yuǎn)低于《子洪水庫汛期調(diào)度運(yùn)用計(jì)劃》中100 年一遇削峰率80.6%，200 年一遇洪水削峰率66.3%。經(jīng)分析原因?yàn)楸敬魏樗卣鳛榘中停鶕?jù)調(diào)度原則及預(yù)報(bào)水情進(jìn)行了庫容預(yù)騰，但預(yù)騰庫容偏小使得最大下泄量未控制在50 年一遇洪水時(shí)的下泄量在300 m3/s 以內(nèi)。

本次根據(jù)實(shí)際入庫洪水過程優(yōu)化水庫調(diào)度，以期建立高精度小跨度時(shí)段的降雨～徑流預(yù)報(bào)模型可行性。優(yōu)化調(diào)度模型采用方案根據(jù)雨水實(shí)情及天氣預(yù)警，利用閘門開度在降雨發(fā)生時(shí)進(jìn)行較大水量下泄，為洪峰預(yù)騰調(diào)洪庫容，探究科學(xué)合理調(diào)蓄小洪峰、大洪量異常矮胖型特大洪水的有效方法。

10 月3 日15：25 收到暴雨藍(lán)色預(yù)警后，泄洪洞控制閘門開度以50 m3/s 泄洪；10 月4 日14：27 收到暴雨藍(lán)色預(yù)警后，泄洪洞控制閘門開度以100 m3/s 泄洪；10 月5 日4：00 最大降雨強(qiáng)度過后，泄洪洞控制閘門開度以150 m3/s 泄洪；10 月5 日13：15 收到暴雨藍(lán)色預(yù)警后，泄洪洞控制閘門開度以250 m3/s 泄洪；10 月6 日9：00 降雨第一次停后，泄洪洞控制閘門開度以200 m3/s 泄洪；10 月6 日16：30 降雨停后，泄洪洞控制閘門開度以150 m3/s 泄洪；無降雨預(yù)警后，根據(jù)入庫洪水控制下泄流量恢復(fù)至正常蓄水位，見圖2。

圖2 優(yōu)化調(diào)度進(jìn)出庫流量過程線

通過以上優(yōu)化調(diào)度，2021 年子洪水庫優(yōu)化調(diào)度最大下泄量為250 m3/s，削峰率為40.2%，較實(shí)際調(diào)度提高12%。

4 結(jié)語

祁縣降水主要出現(xiàn)在每年的6～9 月，10 月平均降水量僅為51 mm。2021 年9 月下旬至10 月中旬，境內(nèi)遭遇歷史罕見的極端強(qiáng)降水天氣侵襲，多地水庫河流超汛限。10 月主場次強(qiáng)降水過程平均降水量達(dá)185 mm，是多年月平均降水量的3.6 倍以上，多個(gè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)破建站以來的同期歷史極值。這次秋汛警示我們，極端暴雨和秋汛風(fēng)險(xiǎn)危害很大，應(yīng)全面提升防御超標(biāo)準(zhǔn)洪水能力和社會公共管理水平，最大程度減輕因極端天氣導(dǎo)致的超標(biāo)準(zhǔn)洪水帶來的損失。

雨情測報(bào)在本次秋汛防御中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，是水庫防汛部署的前提和基礎(chǔ)。2021 年秋汛中，通過實(shí)時(shí)分析降雨及其可能產(chǎn)生的洪峰或洪量，并根據(jù)水庫汛期運(yùn)行調(diào)度計(jì)劃進(jìn)行了調(diào)度，但因時(shí)段較大、矮胖型降雨產(chǎn)流導(dǎo)致實(shí)時(shí)調(diào)度誤差較大。下一步，應(yīng)根據(jù)歷年資料建立高精度小跨度時(shí)段降雨～產(chǎn)流～匯流模型，對洪峰、洪現(xiàn)時(shí)間、洪量進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，并根據(jù)《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》對有關(guān)預(yù)報(bào)進(jìn)行評定修正。